Contenu de la formation XRF

Ce guide explore le monde complexe des analyseurs portables de fluorescence X (XRF), en se penchant sur la formation XRF, qui comprend le processus de certification, les principes de rayonnement, les unités d’exposition et les mesures de sécurité.

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Deux types de formation XRF

Des protocoles de sécurité spécifiques sont généralement essentiels pour la manipulation de l’XRF, ce qui nécessite une formation de l’utilisateur. Les formateurs XRF doivent posséder les compétences et les connaissances requises. Il existe deux niveaux de formation XRF :

1. Formation XRF pour les utilisateurs généraux

Il s’agit du premier niveau de formation, et les opérateurs titulaires de cette certification sont autorisés à effectuer des opérations XRF. Après la formation, les opérateurs doivent passer un examen pour démontrer leur compréhension.

2. Formation XRF pour les instructeurs

Les opérateurs de niveau 2, qui ont des responsabilités supplémentaires, peuvent proposer une formation XRF formelle, ce qui est bénéfique pour les fabricants et les sociétés de services de formation spécialisés. Operators at these levels must also pass the Level 2 exam, recognized by officials.

Formation XRF pour les opérateurs au Canada - Niveau 1 et niveau 2

Ressources naturelles Canada (RNCan), un ministère fédéral qui supervise les certifications en matière d’essais non destructifs (END), gère le processus de certification pour les opérateurs XRF au Canada. Géré par l’Organisme national de certification en essais non destructifs (ONCTD) de RNCan, ce processus fait partie du Programme national de certification du personnel en essais non destructifs, conformément à la norme CAN/CGSB-48.9712 de l’Office des normes générales du Canada (ONGC), qui englobe diverses méthodes d’essais non destructifs, notamment la radiographie industrielle et les essais par ultrasons.

En collaboration avec Santé Canada, RNCan a intégré la norme internationale ISO 20807:2004, en y apportant des modifications pour la certification des opérateurs de radiologie. Santé Canada, responsable des codes de sécurité dans les secteurs réglementés par le gouvernement fédéral, joue un rôle essentiel dans l’élaboration de ces modifications. Conformément au code de sécurité 32, les utilisateurs d’appareils XRF portables doivent être des opérateurs certifiés XRF par RNCan. Le programme de certification comprend une formation à la sécurité et des examens portant sur la théorie, l’utilisation, la maintenance, le stockage, la protection contre les rayonnements et les considérations de sécurité liées à la spectroscopie XRF.

XRF training content

En règle générale, la formation met l’accent sur la sécurité de l’utilisateur et des personnes se trouvant à proximité, en raison des dommages potentiels causés par les radiations émises. Voici les sujets les plus courants :

Principe du rayonnement XRF
Mesure de l’exposition aux rayonnements en général
Mesure des niveaux d’exposition de l’homme
Risques : Les différents types d’exposition
Limite d’exposition humaine
Surveillance de l’exposition aux rayonnements
Réduire l’exposition aux rayonnements
Derniers conseils de sécurité de la formation XRF

1. Pour commencer la formation XRF : le principe du rayonnement

Quels sont ces rayonnements et leurs dangers ? Dans l’analyse XRF, un analyseur XRF bombarde les atomes d’une surface métallique avec des rayons X, ce qui entraîne une ionisation. L’ionisation implique la dissociation d’un atome ou d’une molécule en ions chargés positivement ou négativement, ce qui revient à retirer des électrons à un atome neutre. Les rayons X et les rayons gamma peuvent ioniser la matière, ce qui leur vaut la dénomination de rayonnements ionisants. Ce type de rayonnement peut modifier la structure chimique des cellules vivantes. De plus, un risque potentiel est associé aux rayons X rétrodiffusés par l’échantillon analysé.

Différence entre rayons X et XRF

Le XRF est un type de rayon X, qui est fluorescent. Il est généralement émis lorsque des matériaux sont touchés par des rayons X. La nature de ces matériaux influence la longueur d’onde du XRF, révélant leur composition.

Utilisation professionnelle de l'XRF

Les instruments XRF les plus courants sont les suivants:

1- Analyseur XRF portable : Portable et facile à utiliser pour l’analyse sur site dans diverses industries pour l’identification des matériaux, l’analyse élémentaire et la détection des métaux lourds.

2- Spectromètres XRF de table : Convient aux laboratoires et permet d’obtenir des résultats exacts et précis pour diverses applications (niveau ppm, partie par million). Par exemple, les spectromètres XRF de table servent à la détermination des substances dangereuses. Ces instruments permettent donc de vérifier la conformité environnementale des produits électroniques, des meubles, des tissus, etc.

3- Spectromètres XRF dispersifs en longueur d’onde (WDXRF) : Ils utilisent des monochromateurs à cristaux pour séparer et mesurer les lignes caractéristiques des rayons X pour une analyse élémentaire précise.

4- Jauges d’épaisseur de revêtement XRF : Ces jauges mesurent l’épaisseur des revêtements sur différents substrats, ce qui est essentiel dans des industries telles que l’automobile et l’électronique.

2. Mesure de l'exposition aux rayonnements en général

Roentgen

L’unité roentgen est couramment utilisée pour mesurer l’intensité des rayons X et gamma dans l’air. Un roentgen (R) est la quantité de rayons X ou de rayons gamma nécessaire pour produire une certaine ionisation dans un centimètre cube d’air sec.

Unité de dose

Contrairement au roentgen pour le rayonnement dans l’air, « ;’unité de dose » concerne le rayonnement absorbé par les matériaux. Il s’agit d’un terme couramment utilisé dans la littérature pour désigner l’exposition aux rayonnements. En fait, il mesure l’énergie absorbée par unité de masse lorsque des matériaux sont exposés à des rayonnements ionisants. Cette mesure est cruciale pour évaluer l’impact du rayonnement sur différentes substances. Les deux unités permettant de quantifier la dose absorbée sont les suivantes :

Rad (Radiation Absorbed Dose) : Rad fournit une mesure standardisée de la quantité d’énergie de rayonnement absorbée par une substance spécifique. 1 Rad équivaut à l’absorption de 10 µJ d’énergie par gramme de matière.

Gray (International Standard Unit – SI) : le Gray est l’unité mondialement reconnue pour la dose absorbée, conformément au Système international d’unités (SI). Il simplifie la communication internationale sur l’exposition aux rayonnements et garantit la cohérence des mesures. 1 Gray est égal à 100 Rads.

3. Mesure des niveaux d'exposition à l'homme

Des unités d’équivalence de dose ont été proposées sur la base de la capacité à causer des dommages biologiques. L’équivalent Roentgen (rem) mesure l’impact biologique des rayonnements ionisants, en tenant compte à la fois de la dose absorbée et du type spécifique de rayonnement. Il incorpore un facteur de pondération pour quantifier les dommages potentiels, un rem équivalant à un rad pour les rayons X et les rayons gamma. Le Rem est essentiel pour évaluer les risques sanitaires liés à l’exposition aux rayonnements ionisants dans le cadre de la radioprotection.

En résumé : 1 Sievert (Sv) = 1 Gray = 100 rem = 100 Rad.

4. Les risques : Différents types d'exposition

Les êtres humains peuvent être exposés à différents niveaux de rayonnement. De petites quantités reçues sur une période prolongée constituent une dose chronique. Une forte exposition aux rayonnements peut entraîner divers symptômes de lésions dues aux rayonnements, notamment la fatigue, les vomissements et la perte de cheveux. Des doses importantes et de courte durée, appelées doses aiguës, entraînent des effets physiques et massifs. Dans ce cas, les cellules du corps n’ont pas suffisamment de temps pour se réparer, ce qui entraîne des effets prolongés. Une exposition supérieure à 10 rem peut entraîner une diminution de la numération sanguine et une perte de cheveux. La récupération des doses aiguës peut prendre jusqu’à quelques mois. Une exposition supérieure à 100 rem provoque des changements importants dans l’organisme, connus sous le nom de maladie des rayonnements. Une exposition supérieure à 500 rem, appelée dose létale moyenne (DLM), rend impossible la réparation de l’organisme.

En général, l’organisme tolère mieux les doses chroniques que les doses aiguës, ce qui laisse plus de temps pour la réparation des cellules. Ces effets peuvent inclure des impacts génétiques sur les chromosomes, des effets somatiques conduisant au cancer et aux tumeurs et, dans certains cas, des effets héréditaires transmis aux générations suivantes.

Facteurs de risque

Plusieurs facteurs influencent les dommages biologiques résultant de l’exposition aux rayonnements. Plus la dose totale et le débit de dose sont élevés, plus les effets biologiques sont prononcés. En outre, la zone exposée et le type de cellules touchées peuvent avoir des effets différents sur l’organisme. Les embryons en développement et les enfants courent le plus grand risque d’exposition, tandis que les adultes d’âge moyen présentent la sensibilité la plus faible.

Nous recevons régulièrement des rayonnements provenant de différentes sources naturelles, comme le radon dans les habitations, les rayonnements terrestres et cosmiques, et les éléments internes présents dans les aliments et l’eau. En fait, une personne en Amérique du Nord reçoit en moyenne 365 mrem de rayonnement par an. Ce chiffre comprend les sources naturelles et les sources artificielles. (Commission de réglementation nucléaire des États-Unis)

Le rayonnement naturel de fond : Les principales contributions naturelles (environ 310 mrem/an) proviennent de sources naturelles.
Sources artificielles : Environ 55 mrem par an proviennent de sources artificielles, principalement des rayons X et des rayons gamma utilisés dans les procédures médicales et les produits de consommation tels que les combustibles et les détecteurs de fumée.

5. Limite d'exposition humaine

En fonction de l’âge ou d’autres facteurs, l’homme peut tolérer un certain degré de radiations. En fait, les agences officielles du monde entier s’accordent sur les limites acceptables. Par exemple, La Commission internationale de protection radiologique (CIPR) fixe le niveau maximal d’exposition aux rayonnements pour le public et les travailleurs sous rayonnements, conformément à la norme ICRP 2007 Radiation Dose Limits. En conséquence, le grand public dispose d’une limite annuelle d’exposition du corps entier de 100 mrem et de 5 rem pour la peau, à l’exclusion de l’exposition naturelle, des produits de consommation et de l’exposition médicale. Néanmoins, les travailleurs exposés aux rayonnements ont une limite étendue de 2 rem pour le corps entier et de 50 rem pour la peau. L’étendue de l’exposition corporelle influence les effets biologiques d’une dose donnée, de plus grandes zones exposées entraînant des effets plus importants.

6. Contrôle de l'exposition aux rayonnements

Des dispositifs spéciaux, communément appelés dosimètres, sont conçus pour détecter et enregistrer l’exposition aux rayonnements du personnel travaillant avec des appareils à rayons X. Ces dispositifs se présentent sous différentes formes, telles que les :

chambres d’ionisation,
dosimètres de poche,
moniteurs d’extrémités, et
badges.

7. Réduction de l'exposition aux rayonnements

Pour éviter que notre corps ne soit endommagé, nous devons prendre en compte les moyens suivants pour réduire l’exposition aux radiations :

Protection contre les sources artificielles

Le concept ALARA (As Low As Reasonably Achievable) est conçu pour éviter toute exposition inutile des employés et du public. Elle repose sur les principes de base du temps, de la distance et du blindage. L’augmentation de la durée d’exposition aux rayonnements entraîne une plus grande absorption. Inversement, le fait de se tenir à une plus grande distance de la source de rayonnements ionisants permet d’obtenir des doses plus faibles, car les rayonnements perdent de l’énergie lorsqu’ils traversent des matériaux. Les rayons X de faible intensité (< 50 keV – Kiloélectron volts) peuvent facilement pénétrer et traverser les échantillons.

L’intensité du rayonnement d’une source est inversement proportionnelle au carré de la distance par rapport à cette source. Par exemple, doubler la distance réduit l’intensité à ¼ de l’original, et tripler la distance la réduit à 1/9. En outre, l’utilisation d’un matériau supplémentaire comme barrière entre une personne et les rayonnements ionisants permet de recevoir des doses plus faibles. Par exemple, le plomb et d’autres métaux lourds sont des matériaux couramment utilisés dans les murs des centres de radiographie.

Protection contre les sources naturelles

Minimisez l’exposition aux rayons X naturels en prenant des mesures préventives contre les sources de contamination, telles que le radon dans les habitations et d’autres sources, en prenant les précautions suivantes :

Vérifier régulièrement la présence de radon dans les habitations et utiliser des systèmes d’atténuation si les niveaux sont importants.
Respecter les pratiques de sécurité dans les zones à forte radioactivité naturelle, en tenant compte de l’exposition aux éléments radioactifs présents dans le sol et l’eau.
Lorsque vous prenez l’avion, soyez conscient de l’augmentation du rayonnement cosmique en altitude ; envisagez des mesures de protection telles que des boucliers ou la limitation de la durée du voyage.

Consultez les autorités sanitaires locales ou les experts en radiations pour des préoccupations spécifiques ou des zones où les niveaux de radiations sont plus élevés. Respectez les consignes de sécurité des autorités sanitaires compétentes et tenez-vous informé des risques potentiels liés aux sources de rayonnement naturelles.

8. Derniers conseils de sécurité de la formation XRF

En conclusion, certaines pratiques de sécurité doivent être examinées attentivement :

Évitez de placer votre main ou toute autre partie du corps dans la trajectoire du faisceau.
Les échantillons minces et de petite taille peuvent ne pas couvrir entièrement la fenêtre de mesure, ce qui présente un risque potentiel de rétrodiffusion plus élevée pour l’opérateur.
Les étiquettes d’avertissement apposées sur l’analyseur XRF doivent mentionner le symbole de mise en garde contre les rayonnements X et inclure une déclaration indiquant que l’appareil produit des rayonnements X de haute intensité.
Une autre étiquette doit fournir des détails sur l’instrument, y compris des informations sur le fabricant, le numéro de série, etc.
Les opérateurs et les propriétaires d’appareils XRF doivent garder l’appareil bien verrouillé et ne pas en laisser la clé.
Dans des pays comme le Canada, seules les personnes certifiées sont autorisées à utiliser l’instrument, et les opérateurs doivent toujours avoir leur certificat à portée de main. Néanmoins, les utilisateurs n’ont pas besoin de certification spécifique si la configuration de l’appareil XRF est un système à faisceau fermé.
En cas d’urgence, par exemple en cas de perte ou de vol, informez d’abord l’autorité réglementaire compétente, puis la police et le fabricant. En cas d’accident, retirez rapidement la batterie et toute source d’énergie afin de réduire les risques potentiels.

Au-delà de la formation XRF : Histoire de l'évolution des instruments XRF

L’évolution des appareils XRF depuis les années 1950 est remarquable. Initialement logés dans des boîtes fortement radioactives, ils ont été transformés en modèles compacts et sûrs à l’usage du personnel. Cette progression a commencé avec la découverte accidentelle des rayons X par Wilhelm Roentgen en 1895, qui lui a valu le prix Nobel de physique. Henry Moseley a été le premier à utiliser les rayons X à des fins d’analyse en 1913 et, en 1948, le premier appareil d’analyse par fluorescence X disponible dans le commerce a vu le jour. En 1982, le premier XRF portable est apparu, pesant 31 kg et nécessitant un chariot pour être déplacé. En 2001, une optimisation importante a permis de réduire son poids à 3 kg, ce qui a permis de mesurer le magnésium comme l’élément le plus léger.

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